CN104061027B - 二次再热汽轮机热力系统的高温抽汽冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次再热汽轮机热力系统的高温抽汽冷却系统，该二次再热汽轮机热力系统包括超高压缸、再热器、中压缸、低压缸、发电机、加热器以及抽汽管道，在高压缸、中压缸上设有与抽汽管道相连的抽汽口，热力系统运行时，超高压缸的排汽被引至再热器进行加热升温后再进入高压缸，高压缸的排汽被引至再热器进行加热升温后再进入中压缸，从抽汽口引出的高温抽汽传输至加热器用于加热凝结水或给水，在该热力系统中还设有冷却系统，包括减温器、调节阀和减温水管系，减温器与减温水源流体连通，减温器设置成使得高温抽汽能够在减温器处与减温水发生热交换并降低温度后再次进入抽汽管道，调节阀设在减温水管系上用于调节减温水流量。

Description

二次再热汽轮机热力系统的高温抽汽冷却系统

技术领域

本发明涉及二次再热汽轮机发电机组，具体涉及二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统。

背景技术

采用二次再热技术的火力发电厂，其再热系统为，将主汽轮机内做了部分功的蒸汽引出进行再次加热，然后引回汽轮机继续做功，以提高热力系统效率。

采用二次再热技术的火力电厂，通常也配置回热系统，用主汽轮机抽汽的热量通过加热器来加热凝结水和/或给水，将抽汽的热量全部回收到工质水中，减少循环水带走的汽化潜热排放，以提高热力系统效率。

对于参数较高的机组(如主蒸汽和再热蒸汽温度620℃以上，甚至700℃以上)，某几级抽汽温度高，需要提升抽汽管道、阀门、加热器的材料等级，抽汽管系需要用到P91、或P92甚至镍基材料，极大提高了管道、阀门及设备的制造成本，可行性差。

附图1是现有技术中二次再热汽轮机热力系统的示意图。该二次再热汽轮机热力系统包括超高压缸1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、发电机5、一次再热器6、二次再热器7、加热器8、除氧器9以及冷凝器10。正常运行中，超高压缸1的排汽被引至一次再热器6进行加热升温后进入高压缸2，高压缸2的排汽被引至二次再热器7进行加热升温后再进入中压缸3，在高压缸2和中压缸3中间分别设有一个或多个抽汽口，从该抽汽口引出的高温蒸汽通过抽汽管道11传输至加热器8和除氧器9用于加热凝结水和给水。回收汽化潜热以提高热力循环效率。然而，再热后抽汽的温度较高且过热度大，过热部分的能量也随汽化潜热被用来加热水，影响热力循环效率。对于参数较高的机组(如主蒸汽和再热蒸汽温度620℃以上，甚至700℃以上)，某几级抽汽温度高，需要提升抽汽管道、阀门、加热器的材料等级，例如使用P91、或P92甚至镍基材料，这将大大提升管道、阀门及设备的制造成本，也影响了高参数机组的发展。

发明内容

本发明的目的是对二次再热汽轮机热力系统的高温抽汽进行降温，使其温度减至普通合金钢材料制作的抽汽管道和加热器能够承受的温度范围之内，从而降低系统中管道、阀门及设备的制造成本，利于高参数机组的发展。

为实现上述目的，本发明提供了一种二次再热汽轮机热力系统的高温抽汽冷却系统，该二次再热汽轮机热力系统包括超高压缸、高压缸、中压缸、低压缸、发电机、一次再热器、二次再热器、加热器以及抽汽管道，在高压缸、中压缸上设有与抽汽管道相连的一个或多个抽汽口，该热力系统运行时，超高压缸的排汽被引至至一次再热器进行加热升温后进入高压缸，高压缸的排汽被引至二次再热器进行加热升温后再进入中压缸，从该抽汽口引出的高温蒸汽通过抽汽管道传输至加热器用于加热凝结水和/或给水，在二次再热汽轮机热力系统中还设有冷却系统，该冷却系统包括减温器、调节阀和减温水管系，减温器经由减温水管系与减温水源流体连通，其中，该减温器设置成使得高温抽汽能够在减温器处与减温水发生热交换并降低温度后再次进入抽汽管道，调节阀设在减温水管系上并用于调节减温水流量。

优选地，该抽汽管道上设有高温抽汽逆止阀，减温器布置在高温抽汽逆止阀之后的抽汽管道上。

优选地，该减温器距离高温抽汽逆止阀之后一适当距离。

优选地，减温水管系与加热器的疏水管系连接，从而使得减温水管系中的减温水来自加热器的疏水，用于将高温抽汽减温。

优选地，通向所述多级加热器中的一级加热器的抽汽管道与所述多级加热器中的所述一级加热器的前一级加热器的疏水管道连接，从而利用来自所述一级加热器的前一级加热器的疏水对高温抽汽进行减温。优选地，所述多级加热器中的一级加热器的疏水经几路减温水管系分别与后几级加热器对应的抽汽管道上的减温器流体连通，用于对相应的高温抽汽减温。

优选地，该调节阀用于调节减温水管系中疏水的流量从而使高温抽汽的温度减至减温器之后的抽汽管道和加热器能够承受的温度范围之内。

优选地，减温水管系述减温器流体连通，使得减温水进入减温器后吸热发生汽化并与被减温的抽汽一同进入加热器用于加热凝结水和/或给水。

优选地，该冷却系统还包括启停或危急减温水管系，当启动或者停止二次再热汽轮机热力系统时或出现正常减温水出现故障时，该启停或危急减温水管系的供水用于高温抽汽的减温，使得高温抽汽的温度降低到减温器之后的相应设备所能承受的温度范围之内。

优选地，二次再热汽轮机热力系统中还设有排汽管道，从排汽管道引出另一抽汽管道，该另一抽汽管道中的抽汽传输至加热器用于加热凝结水和/或给水，另一抽汽管道上设有减温器，减温器设置成使得排汽管道引出的抽汽能够在减温器处与减温水发生热交换并降低温度。

优选地，加热器及抽汽管道的连接减温器与加热器的部分的材料为普通合金钢。

本发明针对参数较高的二次再热汽轮机发电机组的高温抽汽，在高温抽汽管道的逆止阀后面设有减温器，启停或危急时刻采用给泵抽头来水来为高温抽汽管道降温，发电机组正常运行时，采用前级加热器的疏水用于高温抽汽的减温，将抽汽减温至普通合金钢适用的温度，可有效降低减温器之后管材、外置蒸冷器和高压加热器的造价，为更高参数机组的发展创造条件。同时本发明对热力循环正常运行效率影响很小，具有较好的技术经济可行性。

附图说明

图1是现有技术中二次再热汽轮机热力系统的示意图；

图2是根据本发明第一实施例的二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统的示意图；

图3是根据本发明第二实施例的二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统的示意图；

图4是根据本发明第三实施例的二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统的示意图；以及

图5是根据本发明第四实施例的二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

以下，对本发明的主要技术术语进行说明。

再热：将汽轮机内做了部分功的蒸汽引出进行再次加热，然后引回汽轮机继续做功。这种方式称为再热。通过合理的再热，可以降低排汽湿度，提高热力循环效率。

高温抽汽：从汽轮机排汽前的中间级抽出的温度较高的蒸汽，对于温度为600℃的主蒸汽，高温抽汽的温度通常为约350℃至约550℃；对于温度为700℃的主蒸汽，高温抽汽的温度通常为约350℃至约650℃。

冷却系统：采用温度较低的介质冷却温度较高的介质的系统。

图2是根据本发明第一实施例的二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统的示意图。如图2所示，二次再热汽轮机热力系统通常包括超高压缸1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、发电机5、一次再热器6、二次再热器7、加热器8、除氧器9以及冷凝器10。正常运行中，超高压缸1的排汽被引至一次再热器6进行加热升温后进入高压缸2，高压缸2的排汽被引至二次再热器7进行加热升温后再进入中压缸3，在高压缸2和中压缸3中间分别设有一个或多个抽汽口，从该抽汽口引出的高温蒸汽通过抽汽管道传输至加热器8和除氧器9用于加热凝结水和给水。然而，由于再热后抽汽的温度较高且过热度大，对于参数较高的机组，某几级抽汽温度高(如主蒸汽和再热蒸汽温度620℃以上，甚至700℃以上)，因此需要提升抽汽管道、阀门、加热器的材料等级，例如使用P91、或P92甚至镍基材料，这将大大提升管道、阀门及设备的制造成本，也影响了高参数机组的发展。因此，本实施例中，增加了高温抽汽冷却系统，用于对高温抽汽降低温度后再将抽汽引致加热器和除氧器，对其进行加热。

如图2所示，二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统包括减温器12、调节阀13、减温水管系14以及启停或危急减温水管系(图未示)。减温器12设置于高温抽汽管道11上，较佳地，减温器12布置在高温抽汽逆止阀(图未示)之后的抽汽管道上，该减温器12经由减温水管系14与减温水源流体连通，且减温器12设置成使得高温抽汽能够在减温器12处与减温水发生热交换并降低温度后再次进入抽汽管道。调节阀13设在减温水管系14上用于调节减温水流量，减温水管系14一端流体连通于疏水管系15，另一端与减温器12流体连通。

二次再热汽轮机热力系统正常运行时，上一级加热器的疏水通过减温水管系14流至减温器12从而与抽汽管道11中的高温气体发生热交换，疏水吸收高温抽汽的热量汽化并使得高温抽汽减温，且疏水汽化后产生的气体与减温后的抽汽一同进入下一级加热器或者除氧器而被用来加热给水和凝结水。

调节阀13用于控制上一级加热器的用于下一级气体减温的疏水的流量，该流量大小使得高温抽汽有效地被减温至普通合金钢适用的温度，因而避免抽汽管道使用造价昂贵的高等级材料。此外，由于疏水汽化后产生的气体与抽汽一同进入下一级加热器或者除氧器，下一级加热器或者除氧器中用于加热凝结水和给水的总热量并没有减少，因而高温抽汽的热利用效率并没有降低。

当启动或者停止二次再热汽轮机热力系统时，高压缸2和中压缸3的高温抽汽通过启停或危急减温水管系的供水，例如给泵抽头来水减温至对应抽汽管道以及加热器或除氧器所能承受的温度；当二次再热汽轮机热力系统正常运行时，高温抽汽通过通过上一级加热器疏水来减温。

图3是根据本发明第二实施例的二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统的示意图。结合图2和图3可以看出，第二实施例与第一实施例的显著区别是，上述实施例的高温抽汽冷却系统采用上级加热器疏水逐级喷水至下一级高温抽汽管道的形式，而本实施例的高温抽汽冷却系统采用第一级加热器疏水用于后几级高温抽汽减温的形式。图3中，减温水管系14中的水流全部来自第一级加热器的疏水，调节阀13根据各级高温抽汽管道的减温需求控制各个减温水管系14中的疏水流量，从而达到有效的减温效果，使各级高温抽汽的温度处于普通合金制作成的管道所能承受的范围之内。类似地，疏水通过减温水管系14流至减温器23以吸收高温抽汽的热量而汽化并与被减温的抽汽一同进入相应的加热器或者除氧器。

图2和图3中的3路逐级减温水管系分别对应两台台加热器8及一台除氧器9，且加热器为单列1台100％容量的型式。事实上，根据不同的抽汽温度以及不同的减温需求，逐级减温水管系的数量也可以是1或2路或更多，此外，加热器也可采用双列2台50％容量的型式。

本发明的冷却系统也可采用逐级疏水减温和前级疏水用于后几级减温相结合的形式，例如，在二次再热汽轮机热力系统中设有多级抽汽管道，第一级加热器疏水用于第二级抽汽的减温，而第二级加热器疏水用于第三级、第四级(或更多级)抽汽的减温。

图4是根据本发明第三实施例的二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统的示意图。图5是根据本发明第四实施例的二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统的示意图。第三实施例与如图2所示的第一实施例类似，都采用上级加热器疏水逐级喷水至下一级高温抽汽管道的形式；第四实施例与如图3所示的第二实施例类似，都采用前级加热器疏水用于后几级高温抽汽减温的形式。不同的是，考虑到对于高参数机组，如超超临界机组，高压缸的排汽温度也可能较高，此时，也可对排汽管道11’增加冷却系统。前级疏水通过减温水管系进入减温器与高温抽汽或排汽发生热交换，使得高温抽汽和排汽的温度降低至普通合金钢能够承受的温度。

本发明针对参数较高的二次再热汽轮机发电机组的高温抽汽，在高温抽汽管道的逆止阀后面设有减温器，启停或危急时刻采用给泵抽头来水来为高温抽汽管道降温，发电机组正常运行时，采用前级加热器的疏水用于高温抽汽的减温，将抽汽减温至普通合金钢适用的温度，可有效降低减温器之后管材、外置蒸冷器和高压加热器的造价，为更高参数机组的发展创造条件。同时，用于减温的疏水吸热汽化后随抽汽一同进入后级加热器或除氧器，充分利用了高温抽汽携带的热量。

本发明的高温抽汽冷却系统中，减温水正常可采用上一级高压加热器的疏水(启停或危急减温水可采用给泵抽头来水)，或者将第一级高压加热器的疏水作为其他几级高温抽汽的减温水(启停或危急减温水仍可采用给泵抽头来水)，将抽汽温度减温到普通合金钢适用的温度，可有效降低减温器之后管材、外置蒸冷器和高压加热器的造价，为更高参数机组的发展创造条件。

例如，对于1台1000MW、700℃二次再热超临界发电机组，在常规热力系统方案下，各个抽汽管系及对应的热力系统设备(包括加热器、除氧器、蒸冷器等)需要采用昂贵的高等级材料，例如P91材料、P92甚至镍基材料；然而，采用本发明二次再热汽轮机高温抽汽冷却系统，将抽汽减温到普通合金钢适用的温度，后续加热器、外置蒸冷器和管材的造价大大降低，使得热力系统的投资相比于常规主汽轮机热力系统减少约5000万，同时本发明对热力循环正常运行效率影响很小，具有较好的技术经济可行性。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种二次再热汽轮机热力系统的高温抽汽冷却系统，所述二次再热汽轮机热力系统包括超高压缸、高压缸、中压缸、低压缸、发电机、一次再热器、二次再热器、加热器以及抽汽管道，在所述高压缸、中压缸上分别设有与所述抽汽管道相连的一个或多个抽汽口，所述热力系统运行时，所述超高压缸的排汽被引至所述一次再热器进行加热升温后进入所述高压缸，所述高压缸的排汽被引至所述二次再热器进行加热升温后再进入所述中压缸，从所述一个或多个抽汽口引出的高温蒸汽通过所述抽汽管道传输至所述加热器用于加热凝结水和/或给水，其特征在于，

在所述二次再热汽轮机热力系统中还设有冷却系统，所述冷却系统包括减温器、调节阀和减温水管系，所述减温器经由所述减温水管系与减温水源流体连通，其中，

所述减温器设置成使得所述高温抽汽能够在所述减温器处与减温水发生热交换并降低温度后再次进入抽汽管道，所述调节阀设在所述减温水管系上，所述调节阀用于调节所述减温水管系中疏水的流量从而使所述高温抽汽的温度减至所述减温器之后的抽汽管道和加热器能够承受的温度范围之内。

2.如权利要求1所述的高温抽汽冷却系统，其特征在于，所述抽汽管道上设有高温抽汽逆止阀，所述减温器布置在所述高温抽汽逆止阀之后的抽汽管道上。

3.如权利要求1所述的高温抽汽冷却系统，其特征在于，所述减温水管系与所述加热器的疏水管系连接，从而使得所述减温水管系中的减温水来自所述加热器的疏水，用于将高温抽汽减温。

4.如权利要求3所述的高温抽汽冷却系统，其特征在于，通向多级所述加热器中的一级加热器的抽汽管道与多级所述加热器中的所述一级加热器的前一级加热器的疏水管道连接，从而利用来自所述一级加热器的前一级加热器的疏水对高温抽汽进行减温。

5.如权利要求3所述的高温抽汽冷却系统，其特征在于，多级所述加热器中的一级加热器的疏水经几路减温水管系分流后分别与后几级加热器对应的抽汽管道上的减温器流体连通，用于对相应的高温抽汽减温。

6.如权利要求1所述的高温抽汽冷却系统，其特征在于，所述减温水管系与所述减温器流体连通，使得所述减温水进入所述减温器后吸热发生汽化并与被减温的抽汽一同进入所述加热器用于加热凝结水和/或给水。

7.如权利要求1所述的高温抽汽冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括启停或危急减温水管系，当启动或者停止所述二次再热汽轮机热力系统时或正常减温水出现故障时，所述启停或危急减温水管系的供水用于所述高温抽汽的减温，使得所述高温抽汽的温度降低到所述减温器之后的相应设备所能承受的温度范围之内。

8.如权利要求1-7中任一项所述的高温抽汽冷却系统，其特征在于，所述二次再热汽轮机热力系统中还设有排汽管道，从所述排汽管道引出另一抽汽管道，所述另一抽汽管道中的抽汽传输至所述加热器用于加热凝结水和/或给水，所述另一抽汽管道上也设有减温器，所述减温器设置成使得所述排汽管道引出的抽汽能够在所述减温器处与减温水发生热交换并降低温度。

9.如权利要求1所述的高温抽汽冷却系统，其特征在于，所述加热器及所述抽汽管道的连接所述减温器与所述加热器的部分的材料为普通合金钢。